Ilmuwan Ungkap Rahasia Bintang Kerdil Putih: Penemuan Penting di Angkasa

Di alam semesta yang luas, sekitar 200 tahun cahaya dari Bumi, sebuah pemandangan kosmik yang memukau sedang terjadi. Sebuah inti bintang yang telah mati, dikenal sebagai bintang kerdil putih, menari dalam lingkaran gravitasi mengelilingi bintang yang lebih besar. Fenomena ini bukan sekadar tarian biasa; bintang kerdil putih tersebut memiliki medan magnet yang sangat kuat, menarik material dari bintang pasangannya ke dalam cakram akresi yang berputar-putar. Pasangan bintang yang berputar spiral ini dikenal sebagai “polar intermediet”—sebuah sistem bintang yang memancarkan pola radiasi intens yang kompleks, termasuk sinar-X, saat gas dari bintang yang lebih besar jatuh ke bintang kerdil putih.

Kini, para astronom dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah berhasil menggunakan teleskop sinar-X yang mengorbit di luar angkasa untuk mengidentifikasi fitur-fitur penting di wilayah terdalam sistem tersebut. Lingkungan yang sangat energik ini sebelumnya sulit dijangkau oleh sebagian besar teleskop. Dalam sebuah studi akses terbuka yang dipublikasikan di Astrophysical Journal, tim peneliti melaporkan penggunaan NASA’s Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) untuk mengamati polar intermediet yang dikenal sebagai EX Hydrae.

Mengungkap Misteri Polarisasi Sinar-X di EX Hydrae

Tim menemukan tingkat polarisasi sinar-X yang sangat tinggi—yang menggambarkan arah medan listrik gelombang sinar-X—serta arah polarisasi yang tidak terduga dari sinar-X yang berasal dari EX Hydrae. Dari pengukuran ini, para peneliti mampu melacak kembali sinar-X tersebut ke sumbernya di wilayah terdalam sistem, sangat dekat dengan permukaan bintang kerdil putih. Hal ini menjadi terobosan, mengingat betapa sulitnya sebelumnya untuk mengintip ke area sekritis ini.

Lebih dari itu, mereka menentukan bahwa sinar-X sistem tersebut dipancarkan dari kolom material putih-panas yang ditarik oleh bintang kerdil putih dari bintang pasangannya. Kolom ini diperkirakan memiliki ketinggian sekitar 2.000 mil—kira-kira setengah dari radius bintang kerdil putih itu sendiri. Angka ini jauh lebih tinggi dari apa yang diperkirakan oleh para fisikawan untuk sistem semacam itu. Mereka juga memastikan bahwa sinar-X tersebut memantul dari permukaan bintang kerdil putih sebelum menyebar ke angkasa. Ini adalah efek yang selama ini diduga oleh para fisikawan namun belum pernah terkonfirmasi hingga saat ini.

Peran Penting Polarisasi Sinar-X dalam Penelitian Antariksa

Hasil penelitian tim ini menunjukkan bahwa polarimetri sinar-X dapat menjadi cara yang efektif untuk mempelajari lingkungan bintang ekstrem, seperti wilayah paling energik dari bintang kerdil putih yang sedang mengakresi. Sean Gunderson, seorang postdoc di Kavli Institute for Astrophysics and Space Research MIT dan penulis utama studi, menjelaskan signifikansinya. "Kami menunjukkan bahwa polarimetri sinar-X dapat digunakan untuk membuat pengukuran rinci mengenai geometri akresi bintang kerdil putih," kata Gunderson. "Ini membuka jendela kemungkinan untuk melakukan pengukuran serupa pada jenis bintang kerdil putih akresi lainnya yang juga belum pernah memiliki sinyal polarisasi sinar-X yang diprediksi."

Gunderson dan rekan-rekannya di MIT Kavli termasuk mahasiswa pascasarjana Swati Ravi dan ilmuwan riset Herman Marshall dan David Huenemoerder. Mereka juga berkolaborasi dengan Dustin Swarm dari University of Iowa, Richard Ignace dari East Tennessee State University, Yael Nazé dari University of Liège, dan Pragati Pradhan dari Embry Riddle Aeronautical University. Kolaborasi internasional semacam ini adalah bukti bahwa sains, khususnya astronomi, adalah upaya global yang melampaui batas negara, termasuk memberikan inspirasi bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia dan meningkatkan pemahaman kita tentang teknologi antariksa.

Kolom Gas Panas: Fenomena Mirip Air Mancur Berenergi Tinggi

Semua bentuk cahaya, termasuk sinar-X, dipengaruhi oleh medan listrik dan magnet. Cahaya bergerak dalam gelombang yang bergetar atau berosilasi pada sudut kanan terhadap arah perjalanannya. Medan listrik dan magnet eksternal dapat menarik osilasi ini ke arah acak. Namun, ketika cahaya berinteraksi dan memantul dari suatu permukaan, ia dapat menjadi terpolarisasi. Ini berarti getarannya mengencang dalam satu arah tertentu. Oleh karena itu, cahaya terpolarisasi dapat menjadi cara bagi para ilmuwan untuk melacak sumber cahaya dan membedakan beberapa detail tentang geometri sumber tersebut.

Observatorium antariksa IXPE adalah misi pertama NASA yang dirancang khusus untuk mempelajari sinar-X terpolarisasi yang dipancarkan oleh objek astrofisika ekstrem. Pesawat ruang angkasa ini, yang diluncurkan pada tahun 2021, mengorbit Bumi dan merekam sinar-X terpolarisasi tersebut. Sejak diluncurkan, IXPE sebagian besar berfokus pada supernova, lubang hitam, dan bintang neutron. Studi MIT terbaru ini adalah yang pertama menggunakan IXPE untuk mengukur sinar-X terpolarisasi dari polar intermediet. Meskipun ukurannya lebih kecil dibandingkan lubang hitam dan supernova, sistem ini dikenal sebagai pemancar sinar-X yang kuat.

"Kami mulai membahas seberapa banyak polarisasi yang akan berguna untuk mendapatkan gambaran tentang apa yang terjadi dalam jenis sistem ini, yang sebagian besar teleskop hanya melihatnya sebagai titik di bidang pandang mereka," kata Marshall.

Mekanisme Pembentukan Polar Intermediet

Polar intermediet mendapatkan namanya dari kekuatan medan magnet bintang kerdil putih pusatnya. Ketika medan ini kuat, material dari bintang pendamping langsung ditarik menuju kutub magnet bintang kerdil putih. Namun, ketika medan magnetnya sangat lemah, material bintang justru berputar mengelilingi kerdil putih dalam cakram akresi yang akhirnya menyimpan materi langsung ke permukaan kerdil putih. Dalam kasus polar intermediet, para fisikawan memprediksi bahwa material harus jatuh dalam pola perantara yang kompleks, membentuk cakram akresi yang juga ditarik menuju kutub bintang kerdil putih.

Medan magnet seharusnya mengangkat cakram material yang masuk jauh ke atas, seperti air mancur berenergi tinggi, sebelum puing-puing bintang jatuh menuju kutub magnet bintang kerdil putih. Proses ini terjadi dengan kecepatan jutaan mil per jam, dalam apa yang oleh para astronom disebut sebagai "tirai akresi". Para fisikawan menduga bahwa material yang jatuh ini akan bertabrakan dengan material yang sebelumnya terangkat dan masih jatuh menuju kutub, menciptakan semacam kemacetan gas. Tumpukan materi ini membentuk kolom gas yang bertabrakan, bersuhu puluhan juta derajat Fahrenheit, dan diperkirakan akan memancarkan sinar-X berenergi tinggi.

Sebuah Gambaran Menyeluruh dari Wilayah Terdalam

Dengan mengukur sinar-X terpolarisasi yang dipancarkan oleh EX Hydrae, tim peneliti bertujuan untuk menguji gambaran polar intermediet yang telah dihipotesiskan oleh para fisikawan. Pada Januari 2025, IXPE melakukan pengukuran sinar-X dari sistem tersebut selama total sekitar 600.000 detik, atau sekitar tujuh hari. "Dengan setiap sinar-X yang datang dari sumber, Anda dapat mengukur arah polarisasinya," jelas Marshall. "Anda mengumpulkan banyak data ini, dan semuanya berada pada sudut dan arah yang berbeda yang kemudian dapat Anda rata-ratakan untuk mendapatkan tingkat dan arah polarisasi yang preferensial."

Pengukuran mereka menunjukkan tingkat polarisasi 8 persen, yang jauh lebih tinggi dari apa yang diprediksi oleh beberapa model teoretis sebelumnya. Dari sana, para peneliti mampu mengkonfirmasi bahwa sinar-X memang berasal dari kolom sistem, dan bahwa kolom ini tingginya sekitar 2.000 mil. "Jika Anda bisa berdiri agak dekat dengan kutub bintang kerdil putih, Anda akan melihat kolom gas membentang 2.000 mil ke langit, dan kemudian mengipasi ke luar," kata Gunderson.

Tim juga mengukur arah polarisasi sinar-X EX Hydrae, yang mereka tentukan tegak lurus terhadap kolom gas masuk bintang kerdil putih. Ini adalah tanda bahwa sinar-X yang dipancarkan oleh kolom kemudian memantul dari permukaan bintang kerdil putih sebelum bergerak ke luar angkasa, dan akhirnya masuk ke teleskop IXPE. "Hal yang membantu tentang polarisasi sinar-X adalah ia memberi Anda gambaran tentang bagian terdalam, paling energik dari seluruh sistem ini," kata Ravi. "Ketika kita melihat melalui teleskop lain, kita tidak melihat detail ini sama sekali."

Tim berencana untuk menerapkan polarisasi sinar-X untuk mempelajari sistem bintang kerdil putih akresi lainnya. Penelitian ini dapat membantu para ilmuwan memahami fenomena kosmik yang jauh lebih besar. "Ada titik di mana begitu banyak material jatuh ke bintang kerdil putih dari bintang pendamping sehingga bintang kerdil putih tidak dapat menahannya lagi, seluruhnya runtuh dan menghasilkan jenis supernova yang dapat diamati di seluruh alam semesta, yang dapat digunakan untuk mengetahui ukuran alam semesta," ujar Marshall. "Jadi, memahami sistem bintang kerdil putih ini membantu para ilmuwan memahami sumber-sumber supernova tersebut, dan memberi tahu kita tentang ekologi galaksi."

Penelitian yang didukung sebagian oleh NASA ini tidak hanya memperkaya khazanah ilmu pengetahuan global, tetapi juga membuka peluang baru bagi pengembangan riset astrofisika di Indonesia. Dengan pemahaman yang lebih dalam tentang fenomena ekstrem di alam semesta, diharapkan generasi muda ilmuwan Indonesia dapat terinspirasi dan berkontribusi dalam eksplorasi dan inovasi di bidang teknologi dan sains antariksa.